Физико-химические свойства

Чистая вода - прозрачная жидкость без вкуса, цвета и запаха. Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине - ядро атома кислорода. Валентный угол HOH равен 104,5о.

Вода — простейшее химическое соединение водорода с кислородом.

Химически чистая вода состоит из 11,19% водорода и 88,81% кислорода (по весу). Вода — самое распространенное и самое необыкновенное вещество на Земле благодаря своим аномальным свойствам. В земных условиях только вода находится в трех физических агрегатных состояниях: твердом (лед, снег), жидком (вода) и газообразном (пар). В парообразном состоянии (при температуре 100°С) вода состоит главным образом из простых молекул, называемых гидролями (Н2О). В жидкой фазе вода представляет собой смесь гидролей (Н2О) двойных молекул — дигидролей (Н2О)2 и тройных молекул — тригидролей (Н2О)3. В твердой фазе (лед) в воде преобладают тригидроли (Н2О)3. Переход воды из одного состояния в другое происходит быстро и сопровождается или поглощением тепла (при испарении, таянии льда и снега) или выделением тепла (при конденсации и сублимации водяного пара, при замерзании воды), но на температуру самой воды (льда) это не влияет. При этом скачкообразно изменяются физические и химические свойства воды. Химически чистая вода при нормальном атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. (101,3 кПа) кипит при 100°С, замерзает при 0°С (это и температура плавления льда), имеет наибольшую плотность при температуре +4°С.

Теплоемкость. Вода - одно из самых теплоемких в природе тел. Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, необходимое для нагревания 1кг вещества на 1°С. Например, на нагрев 1кг воды (Н2О) на 1°С требуется почти в 10 раз больше энергии, чем на нагрев 1кг железа (Fe)! Вследствие высокой теплоемкости воды океанов, морей и озер поглощают огромное количество тепла летом, являясь его мощными аккумуляторами. Зимой воды, охлаждаясь, отдают тепло в атмосферу. Этим объясняется большое умеряющее (летом охлаждающее, зимой отепляющее) влияние океанов и морей на климат прилегающих материков в умеренных и высоких широтах. В экваториально-тропических теплоэнергетических зонах вода нагревается весь год и тепло морскими течениями и воздушными потоками передается в умеренные и полярные широты. Это перераспределение тепла имеет огромное климатическое значение.

Для воды характерны высокие значения теплоты испарения (597 кал/г) и теплоты плавления (79,4 кал/г). Эти свойства очень важны для живых организмов. Высокая теплота испарения обеспечивает защиту их от перегрева, а большая теплота плавления — от переохлаждения.

Теплопроводность воды весьма незначительна. Поэтому нагревание воды в естественных водоемах происходит не столько путем молекулярной теплопроводности, сколько путем плотностной конвекции, перемешивания воды.

Лед, возникнув на поверхности водоема, предохраняет воду от дальнейшего охлаждения, а снег — почву от промерзания, бесснежие же губит озимые культуры.
Плотность воды зависит от температуры и солености. Наибольшая плотность химически чистой воды достигается при температуре +4°С, а выше и ниже +4°С плотность воды уменьшается — вода становится легче. Это удивительное аномальное свойство воды по сравнению с другими жидкостями, плотность которых при понижении температуры и затвердевании увеличивается, объясняется тем, что одиночные молекулы воды Н2О (моногидроли) могут объединяться и образовывать сложные молекулы: дигидроли и тригидроли.
Они более крупные по объему, но относительно рыхлые, ажурные по структуре и поэтому более легкие.

При понижении температуры воды происходит, с одной стороны, нормальное уменьшение объема и уплотнение воды, вызванное охлаждением, как у всех жидкостей, а с другой — увеличение объема и уменьшение плотности воды из-за объединения молекул воды в более сложные, но более легкие. При охлаждении воды до +4°С преобладает первый процесс, при температуре +4°С оба процесса уравновешиваются, поэтому плотность наибольшая, при дальнейшем охлаждении воды ниже +4°С преобладает второй процесс. Объем льда примерно на 10% больше по сравнению с первоначальным объемом воды.

Плотностная аномалия воды имеет громадное значение для природных вод. Во-первых, при осеннем охлаждении пресных водоемов до +4°С более холодная и плотная вода с поверхности опускается и обогащает глубинные слои кислородом, как бы подготавливая водоем к зиме. Во-вторых, вследствие этой аномалии водоемы даже в условиях сурового климата не промерзают до дна, за исключением совсем мелких, тем самым уберегаются от гибели живые организмы. Весной после таяния льда и нагревания воды в верхнем ее слое до +4°С она становится тяжелее, плотнее и опускается вниз, обогащая глубинные слои кислородом. Таким образом, благодаря плотностной аномалии воды сохраняется жизнь в водоемах в условиях холодных и умеренных климатических поясов.

Термическая устойчивость воды весьма высока. Водяной пар разлагается на водород и кислород только при температуре выше 1000°С в высоких слоях атмосферы.

Поверхностное натяжение. Вода среди жидкостей, кроме ртути, обладает самым большим поверхностным натяжением. Благодаря этому свойству вода поднимается по капиллярам в грунтах, движется вверх в растениях, обеспечивая соответственно почвообразование и питание растений. Без воды земледелие было бы невозможно.

Вода — прекрасный растворитель, которая представляет собой газосолевые растворы различного химического состава. В соленой океанской воде в различных количествах растворена практически вся таблица Менделеева. Минерализация воды до определенного предела — основа жизни. Химически чистая вода для жизни непригодна.

Физические и химические свойства воды тесно взаимосвязаны. Особенно сильно изменяются свойства воды под влиянием температуры и давления. Также значительно влияет на свойства воды процесс электроактивации воды. Данный процесс очищает воду от тяжелых металлов, микроорганизмов, органических примесей, насыщает крайне важными для здоровья ионами кремния, разрушает структурно-кластерные образования.

В целом, удивительные свойства воды сделали возможным появление и развитие жизни на Земле. А современный процесс очистки и электроактивации воды способствует оздоровлению человека в экологически непростом современном мире.